Электромагнитное излучение фононы

Все электронные переходы, в том числе и переходы на локальные уровни типа 5 и 3—4 сопровождаются электронно-фонон-ным взаимодействием, в результате которого часть электронной энергии превращается в вибрационную энергию, т. е. в теплоту, нагревающую твердое тело выше первоначальной температуры, а часть излучается в виде квантов сниженной частоты, по сравнению с частотой поглощаемого излучения Поэтому, когда ширина запрещенной зоны не слишком сильно превосходит 3,1 эВ, т. е. энергию фотонов самого коротковолнового видимого света, полоса электромагнитного излучения данного вещества может находиться в области спектра видимого излучения. При более значительной ширине запрещенной зоны может иметь место испускание только ультрафиолетового излучения. [c.122]

Спектры ИК-поглощения алмазов имеют в области 1600— 5000 см ряд полос поглощения, интенсивность и форма которых одинаковы для кристаллов всех типов. В спектрах кристаллов типа Ив эти полосы искажены наложением полос поглощения при 2465 и 2810 см . Интенсивность поглощения алмазов в отмеченной области заметно зависит от температуры. Несмотря на отсутствие проявления однофононного поглощения в спектрах бездефектных кристаллов алмаза, возможно взаимодействие электромагнитного излучения одновременно с двумя (и более) фононами. При этом один из взаимодействующих фононов индицирует изменение эффективного заряда, который смещается под действием второго фонона и создает электрический дипольный момент, обеспечивающий поглощение в районе 1600—5000 см . Следовательно, наблюдаемые полосы поглощения соответствуют колебательным переходам с участием нескольких фононов алмазной решетки. [c.415]

В твердых телах однородное уширение спектральной линии, как правило, возникает вследствие взаимодействия атома с колебаниями решетки (фононами). Важный механизм, лежащий в основе неоднородного уширения линии в газах (и жидкостях), связан с эффектом Доплера. Вследствие этого эффекта наблюдается различная частота электромагнитного излучения, испускаемого движущимся с некоторой собственной скоростью атомом. Другими словами, можно сказать, что вследствие эффекта Доплера каждый атом в зависимости от его собственной скорости имеет различную частоту перехода. Например, если составляющую скорости атома в направлении, противоположном направлению распространения испускаемой электромагнитной волны, обозначить через и,-, то частота волны (нерелятивистская) оказывается равной [c.19]

Наилучшие результаты при анализе взаимодействия кристаллической среды с электромагнитным излучением дает такой подход, при котором принципы квантования, изложенные в предыдущей главе, применяются как к единой системе к ансамблю, состоящему из фононов и фотонов. [c.199]

Электронный луч, посылаемый от катода прибора на изучаемый объект, обусловливает взаимодействие с ним. Информация о природе объекта, его составе, форме, кристаллической и электронной структуре, внутренних электрических или магнитных полях может быть получена при различных взаимодействиях. С одной стороны, это процессы, которые воздействуют на траектории электронов пучка внутри образца без существенного изменения их энергии. Другой класс взаимодействий включает процессы с передачей энергии твердому телу, приводящие к образованию вторичных электронов Оже-электронов характеристического и непрерывного рентгеновского излучения длинноволнового электромагнитного излучения в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра электрон-дырочных пар колебаний решетки (фононы) и электронных колебаний (плазмоны). [c.149]

Особенности кинетики холодно-плазменных образований, очевидно, связаны с так называемыми эффектами фононного дефицита и неравновесной динамикой относительно электромагнитных излучений, характерными для стадии релаксационного пика сверхпроводника 2-рода (рис. 6.8). [c.372]

Свойство детального равновесия можно также применить к системам, взаимодействующим с тепловым резервуаром, с помощью простого приема, суть которого состоит в том, что такая система рассматривается как подсистема большей системы, включающей тепловой резервуар. Примеры газ, взаимодействующий с тепловым резервуаром, набор атомов, взаимодействующих с электромагнитным полем излучения, и, наконец, система спинов, взаимодействующих с решеточными фононами. Обозначим энергии различных состояний небольшой исследуемой системы. Пусть Е — фиксированное значение энергии полной системы. В термодинамическом равновесии вероятность того, что небольшая система находится в состоянии л, с точностью до нормировки равна той части объема фазового пространства полной системы, в которой малая система находится в состоянии л. Этот объем представляет собой произведение объема фазового пространства малой системы и объема фазового пространства теплового резервуара с энергией Е — В соответствии со статистической механикой последний множитель представляет собой [c.114]

Количественное описание эффекта Мессбауэра возможно лишь на основе квантовомеханических представлений [8, 9]. Однако интересно отметить, что возможность рассеяния фононов без возбуждения решетки была известна задолго до открытия эффекта Мессбауэра. Так, в пучке рассеянных рентгеновских лучей всегда содержится некоторая доля с частотой, равной частоте первичного излучения. Эта доля называется /-фактором Дебая — Уэллера. Существование тесной аналогии между рассеянием рентгеновских лучей и процессами, протекающими с участием -[-излучения без отдачи, позволяет описать эффект Мессбауэра в рамках классической электромагнитной теории [10]. Цуг электромагнитных волн, излучаемых или рассеиваемых ядром, модулирован по частоте вследствие колебательного движения ядра около положения равновесия. В результате этой частотной модуляции наряду с центральной несмещенной линией появляются побочные компоненты. Центральная линия соответствует процессу, происходящему без отдачи, так что фактор Дебая — Уэллера можно определить как долю интенсивности, приходящуюся на центральную линию. Общее выражение для функции процесса без отдачи можно записать следующим образом [c.236]

Одним из первых исследований по теории комбинационного рассеяния в кристаллах явилась работа И. Е. Тамма [366]. В этой работе комбинационное рассеяние света рассматривается как результат взаимодействия нормальных колебаний, соответствующих электромагнитным волнам, с механическими нормальными колебаниями кристаллической решетки — фононами. Формально такие процессы возникают при включении в гамильтониан системы, состоящей из электронов, ядер и поля излучения, наряду с квадратичными слагаемыми слагаемых третьего и более высоких порядков по амплитудам кристаллических колебаний. [c.407]

Процесс поглощения излучения заключается в том, что под действием электромагнитного поля молекулы вещества переходят из основного состояния в состояние с более высокой энергией. В зависимости от энергии поглощаемого фотона молекулы вещества переходят в возбужденные вращательные, колебательные, электронные или ядерные состояния либо происходит отрыв электрона от молекулы (фотоионизация). В конденсированной фазе образуются также коллективные возбужденные состояния (экситоны, плазмоны, фононы и др.). [c.30]

Универсальность растрового электронного микроскопа при исследовании твердых тел в большей мере вытекает из обширного множества взаимодействий, которые претерпевают электроны иучка внутри образца. Взаимодействия можно в основном разделить на два класса 1) упругие процессы, которые воздействуют на траектории электронов пучка внутри образца без существенного изменения их энергии 2) неупругие процессы, при которых происходит передача энергии твердому телу, приводящая к рождению вторичных электронов, оже-электро-нов, характеристического и непрерывного рентгеновского излучений, длинноволнового электромагнитного излучения в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, электронно-дырочных пар, колебаний решетки (фононы) и электронных колебаний (плазмоны). В принципе все эти взаимодействия могут быть использованы для получения информации о природе объекта — формы, состава, кристаллической структуры, электронной структуры, внутренних электрическом или магнитном полях и т. д.. [c.21]

Прежде чем исследовать взаимодействие световых и упругих волн в кристалле, посмотрим сначала, как описывается электромагнитное излучение в пустоте в ограниченном объеме V куба с ребром L. Такое поле можно всегда рассматривать как суперпозицию плоских волн. При квантовании, однако, удобно сначала охарактеризовать ее действительными переменными, рассматривая, как и в случае фононов (гл. 3, 5,6), бегущую волну Б виде суперпозиции двух стоячих волн, сдвинутых по фазе на четверть периода. Если наложить на эти волны такие граничные условия, при которых А и его производнь1е имеют одни и те же значения на противоположных гранях куба [что эквивалентно условиям цикличности (гл. 3, 4, в)], то векторный потенциал можно представить в виде [c.193]

На практике изучают спектры поглощения электромагнитного излучения с частотами, близкими к частотам колебаний атомов, — инфракрасный (ИК) диапазон (10—10000 сМ ), спектры неупругого (с рождением или уничтожением фонона) рассеяния электромагнитного излучения видимого или ультрафиолетового (УФ) диапазона (комбинационное, или рамановское, рассеяние), рентгеновского излучения или тепловых нейтронов. Инфракрасная спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния (КР) позволяют достичь максимального разрешения по энергиям, но из-за малого волнового числа первичного излучения дают информацию (если пренебречь многофононными эффектами, имеющими весьма малую интенсивность) только о колебательных состояниях вблизи центра зоны Бриллюэна (оптическим модам при квазиимпульсе, равном нулю). Кроме этого ограничения в обоих методах существуют правила отбора по симметрии ё спектрах поглощения (ИК спектрах) наблюдаются колебательные моды, характеризующиеся изменением дипольного момента, а в спектрах КР — колебания, при которых изменяется квадрупольный момент. Таким образом, эти две методики дополняют друг друга, и для получения более полной информации о колебательном спектре изучаемого вещества желательно иметь оба спектра. В то же время часть колебаний оказывается неактивной ни в ИК спектрах, ни в спектрах КР (так называемые немые моды). Применение для исследования колебательной структуры твердых тел неупругого рассеяния нейтронов лишено всех упомянутых выше ограничений, но в значительной степени ограничено существенно меньшим разрешением и необходимостью много большего количества вещества для проведения эксперимента. Так, спектры неупругого рассеяния нейтронов на различные углы позволяют, в принципе, определить дисперсионные кривые для всех колебательных мод. Однако низкое разрешение приводит к тому, что подобный анализ возможен лишь для относительно простых систем, а в большинстве случаев возможно рассмотрение только усредненного по всей зоне Бриллюэна суммарного спектра всех колебательных мод. [c.272]

Поперечные оптические фононы в полярных кристаллах сильно взаимодействуют с электромагнитными волнами,. когда их энергии и импульсы волновых векторов равны. Возникающие смешанные элементарные возбуждения принято называть поля ритонами . Они могут наблюдаться в комбинационном рассея НИИ при использовании геометрии рассеяния вперед [195—202] Наблюдаемая частота соответствующего поляритона увеличи вается с ростом угла 0 между направлением луча лазера и на правлением наблюдения рассеянного излучения, следовательно дисперсионное соотношение между v и волновым вектором поля ритона кр может быть установлено экспериментально. Из закона сохранения энергии следует, что [c.562]

Поэтому резонансное поглощение на линиях естественной ширины должно было бы практически полностью отсутствовать. Ликвидация отдачи, а следовательно, и возможность наблюдения ядерной гамма-резонансной флуоресценции связаны с взаимодействием ядер в твердых телах. Спектр колебаний атомов в твердом теле (фононный спектр) можно при этом описать на основе картины набора осцилляторов в потенциальных ямах с характеристическими частотами, кратными некоторой частоте (Оа. Переход осциллятора с более высоких уровней на более низкие сопровождается поглощением фононов, т. е. исчезновением их из колебательного спектра кристалла. Противоположный процесс связан с возбуждением (испусканием) фононов, т. е. с появлением их в колебательном спектре. Число фононов данного сорта определяется как строением кристалла, так и его температурой. При предельно низких температурах (Т = 0) в решетке твердого тела происходят лишь нулевые колебания со спектром характеристических частот, который зависит от строения кристалла и может быть охарактеризован некоторой средней энергией колебаний йшср [14]. Пока энергия отдачи ядра при излучении или поглощении гамма-квантов меньше энергии связей атомов в кристаллах (исчисляющейся электронвольтами), разрыва этих связей не происходит. В этом случае все возбуждения, связанные с импульсом отдачи, который неизбежно приобретается ядром при излучении или поглощении гамма-кванта, становятся коллективными. Все осцилляторы остаются в своих потенциальных ямах. Они могут лишь переходить при этом с одного энергетического уровня на другой. Поэтому передачи импульса отдельным осцилляторам не происходит импульс отдачи воспринимается всей решеткой как целым. Однако часть энергии ядерного перехода может передаваться осцилляторам, т. е. расходоваться на возбуждение фононов . Таким образом, разрывается характерная для гамма-перехода в свободном ядре однозначная связь энергии и импульса отдачи. Лишь в том частном случае, когда возбуждения фононов не происходит, т. е. все осцилляторы остаются на тех же энергетических уровнях, подобная однозначная связь восстанавливается — и энергия и импульс делятся теперь между гамма-квантом и кристаллом как целым. Импульс отдачи свободного ядра mv практически равен импульсу отдачи кристалла MV М — масса всего кристалла), но это значит, что энергия отдачи кристалла MV I2 в М1т раз меньше энергии отдачи одиночного свободного ядра, т. е. энергия отдачи 7 криот становится ничтожно малой, гораздо меньше естественной ширины линии Г. В спектрах излучения и поглощения появляются линии, не смещенные по энергии благодаря отсутствию отдачи. Именно эти линии оказываются к тому же неуширен-ными вследствие когерентности электромагнитных волн и интерференционных явлений при 7 = 0. Или иначе для кристалла как целого выполняются и столь жесткие условия, как /Икрист <С г (ШТ) (или / крист < г (Г/е), где е — энергия нулевых колебаний, а поэтому всегда D = < Г). [c.22]

Квазипостоянные электрические поля в атмосфере образуются естественным образом. Радиационный нагрев поверхности земли, а также ионизирующие излучения приводят к появлению атмосферного электрического поля, под воздействием которого вследствие фонон-фононных взаимодействий аэрозольных частиц изменяется электронно-ионная концентрация в пограничных слоях атмосферы. Наиболее активные искажения, являющиеся конверторами электромагнитных волн, имеют преимущественно пирамидальную форму и находятся в атмосфере на границах с литосферой и ионосферой (подобные же искажения могут формироваться и в литосфере). [c.380]